一種噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時(shí)效熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時(shí)效熱處理工藝，包括以下步驟：噴射成形工藝制備合金坯錠，經(jīng)常規(guī)固溶處理后進(jìn)行不充分預(yù)時(shí)效，即未達(dá)到T6處理水平，預(yù)時(shí)效后隨爐升溫至回歸溫度進(jìn)行回歸處理，然后進(jìn)行淬火處理或隨爐冷卻至再時(shí)效溫度，再時(shí)效處理按T6處理工藝參數(shù)進(jìn)行。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu合金峰值時(shí)效、過(guò)時(shí)效以及傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理的缺陷和不足，基于合金回歸再時(shí)效后，晶內(nèi)出現(xiàn)尺寸較大析出相的現(xiàn)象，提出一種新回歸再時(shí)效處理工藝，縮短預(yù)時(shí)效處理時(shí)間，降低能耗，節(jié)約時(shí)間，節(jié)省成本，在噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu合金抗腐蝕性能大幅提升的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】—種噴射態(tài)A卜Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時(shí)效熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金的熱處理方法，特別涉及一種噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時(shí)效熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Zn-Mg-Cu系合金是可熱處理強(qiáng)化的高強(qiáng)鋁合金，廣泛應(yīng)用與航空航天領(lǐng)域。一直以來(lái)，該合金采用傳統(tǒng)的鑄造、連續(xù)鑄造等工藝制備，合金強(qiáng)度低于680MPa。直至上世紀(jì)90年代末，噴射成形技術(shù)被成功用于Al-Zn-Mg-Cu系合金的制備，由于噴射成形制備的合金在固溶度、晶粒度等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造工藝，因此獲得了強(qiáng)度在730MPa以上的合金坯料，由此開(kāi)辟出Al-Zn-Mg-Cu系合金材料制備的新階段。加之Al-Zn-Mg-Cu系合金可熱處理強(qiáng)化，利用T6峰值時(shí)效處理可提高合金的強(qiáng)度，卻降低了合金的抗腐蝕性能。為改善合金的抗腐蝕性能，人們通過(guò)T73等過(guò)時(shí)效處理工藝，但卻損失了合金的強(qiáng)度。為解決強(qiáng)度和抗腐蝕性能之間的矛盾，Cina提出回歸再時(shí)效的三級(jí)時(shí)效處理工藝(US3856584)，該工藝是在T6峰值時(shí)效處理后加短時(shí)間的高溫回歸處理，然后再進(jìn)行T6峰值時(shí)效處理，經(jīng)過(guò)一次完整的回歸再時(shí)效處理后，合金即可獲得較高的強(qiáng)度，而且抗腐蝕性能得以改善。由于工藝的局限，回歸再時(shí)效后合金晶界析出相雖斷續(xù)分布，較大程度改善了合金的抗腐蝕性能，但晶內(nèi)尺寸較大析出相的數(shù)量較多，使合金強(qiáng)度不高于T6峰值時(shí)效處理水平，一定程度上限制了合金的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金峰值時(shí)效、過(guò)時(shí)效以及傳統(tǒng)回歸再時(shí)效熱處理技術(shù)的缺陷和不足，本
【發(fā)明者】基于噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金傳統(tǒng)回歸再時(shí)效后晶內(nèi)尺寸較大析出相的數(shù)量較多，一定程度上限制合金強(qiáng)度的現(xiàn)象，提出一種新的回歸再時(shí)效處理工藝，該工藝周期短，生產(chǎn)能耗低，生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)成本得到節(jié)約，在大幅改善噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu合金抗腐蝕性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升合金的強(qiáng)度。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明技術(shù)方案為:預(yù)時(shí)效溫度為120°C，保溫時(shí)間為l_23h，預(yù)時(shí)效后隨爐升溫至回歸溫度進(jìn)行回歸處理，回歸溫度為200°C，保溫lOmin，回歸處理后進(jìn)行淬火處理或隨爐冷卻至再時(shí)效溫度，再時(shí)效處理按T6處理工藝參數(shù)進(jìn)行，溫度為120°C，保溫24h。
[0005]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金，傳統(tǒng)回歸再時(shí)效工藝在T6峰值時(shí)效處理作為預(yù)時(shí)效處理后，晶內(nèi)析出相體積分?jǐn)?shù)已達(dá)最大；高溫回歸使得晶內(nèi)的尺寸較小析出相回溶至基體，另一些尺寸較大的強(qiáng)化相長(zhǎng)大，晶界強(qiáng)化相斷開(kāi)；再時(shí)效時(shí)，回溶至基體的溶質(zhì)元素再次析出，一部分形成新的析出相，另一部分提供給在回歸過(guò)程中未被回溶且長(zhǎng)大的析出相繼續(xù)長(zhǎng)大，最終使得晶內(nèi)強(qiáng)化析出相的數(shù)量和體積分?jǐn)?shù)再次增加，使得合金再次強(qiáng)化。
[0006]而利用不充分時(shí)效做為預(yù)時(shí)效處理的回歸再時(shí)效處理(即本發(fā)明)在不充分預(yù)時(shí)效處理后，晶內(nèi)強(qiáng)化相體積分?jǐn)?shù)并不高，且析出相尺寸??；但是，在回歸處理過(guò)程中，由于晶內(nèi)的析出相尺寸小，導(dǎo)致絕大多數(shù)析出相均被回溶至基體中，并且晶界析出相亦長(zhǎng)成粗大和離散狀使合金的抗腐蝕能力提升；再時(shí)效時(shí)，析出相再次從基體中析出，且細(xì)小、彌散。加之回歸過(guò)程較為充分，在此期間長(zhǎng)大的晶內(nèi)析出相相對(duì)較少，因此再時(shí)效后合金晶內(nèi)大尺寸析出相較少，避免了析出相粗化長(zhǎng)大而損失強(qiáng)化效果的發(fā)生，并且強(qiáng)化析出相的數(shù)量和體積分?jǐn)?shù)增加，合金的強(qiáng)度增強(qiáng)，達(dá)到甚至超過(guò)T6峰值時(shí)效與傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理水平。
[0007]優(yōu)點(diǎn)及效果:與現(xiàn)有時(shí)效工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該回歸再時(shí)效工藝能使噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金在保持晶界析出相粗化、離散分布，并達(dá)到顯著過(guò)時(shí)效狀態(tài)的同時(shí)，使合金的晶內(nèi)析出相達(dá)到甚至超過(guò)峰值時(shí)效析出狀態(tài)，獲得比T6峰值時(shí)效處理與傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理更高強(qiáng)度。
[0008]采用本發(fā)明的回歸再時(shí)效工藝處理過(guò)的試樣，其電導(dǎo)率、剝落腐蝕程度和晶間腐蝕程度均與傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理的試樣相當(dāng)，與T73過(guò)時(shí)效處理的試樣接近，其強(qiáng)度超過(guò)T6峰值時(shí)效處里和傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理后的試樣。可見(jiàn)，經(jīng)本發(fā)明的回歸再時(shí)效工藝處理后的合金在保持抗腐蝕性能大幅度提升的前提下，合金的強(qiáng)度進(jìn)一步得到提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明工藝流程示意圖；
圖2是合金經(jīng)過(guò)不同時(shí)效工藝處理后的拉伸性能和電導(dǎo)率；
圖3是合金經(jīng)過(guò)不同時(shí)效工藝處理后的剝落腐蝕性能；
圖4是合金經(jīng)過(guò)不同時(shí)效工藝處理后的晶間腐蝕性能。
[0010]【具體實(shí)施方式】:`
采用噴射成形工藝制備A1-5.48ΖΠ-2.21Mg-l.48Cu合金(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。噴射沉積制得的沉積坯件經(jīng)熱擠壓加工制成Φ 20mm棒材，擠壓溫度為400°C，擠壓比30:1，擠壓速率1.5mm/
So
[0011]擠壓后的材料采用475°C保溫3h的固溶處理，然后水淬。通過(guò)120°C保溫l_23h不充分預(yù)時(shí)效，200°C保溫IOmin回歸處理和120°C保溫24h再時(shí)效進(jìn)行本發(fā)明的回歸再時(shí)效處理，并與T6峰值時(shí)效出、T73過(guò)時(shí)效處理和傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理進(jìn)行比較。除實(shí)施案例I回歸處理后采用隨爐冷卻外，其余案例回歸處理后均采用淬火處理。
[0012]剝落腐蝕試驗(yàn)按美國(guó)ASTM G34-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)剝落腐蝕溶液中NaCl、KNO3和HNO3的濃度分別為4.0mol/L、0.5mol/L和0.lmol/L，溶劑為蒸餾水。實(shí)驗(yàn)溫度恒定為25±2°C，腐蝕介質(zhì)體積與腐蝕面面積之比為20mL/mm2，避免試樣與容器及試樣之間相互接觸。保溫箱浸泡，浸泡6h-24h內(nèi)觀察試樣(不清洗)，然后繼續(xù)浸泡，48h后取出觀察。腐蝕后的評(píng)級(jí)代號(hào):N腐蝕不嚴(yán)重，表面上有微腐蝕或脫色現(xiàn)象；P表面出現(xiàn)細(xì)小點(diǎn)蝕或爆皮；EA、EB、EC、ED分別代表剝落腐蝕逐漸加重。
[0013]晶間腐蝕試驗(yàn)按照美國(guó)ASTM G110-1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。將樣品垂直懸掛腐蝕液(每升溶液含57g的NaCl和IOmL的H2O2)中，浸泡6h，實(shí)驗(yàn)溫度保持在35±2°C，試樣腐蝕面積與腐蝕液容積比為20mm2/mL，避免試樣與容器及試樣之間相互接觸。腐蝕后的試樣用水洗凈吹干。晶間腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí):最大深度不超過(guò)0.01mm為I級(jí)；深度在0.01mm至0.03mm為2級(jí)；介于0.03mm至0.1Omm為3級(jí)；0.1Omm至0.30mm之間為4級(jí)；超過(guò)0.30mm為5級(jí)。[0014]實(shí)施案例1:
試樣采用120°C保溫Ih預(yù)時(shí)效處理，然后200°C保溫IOmin回歸處理，最后120保溫24h再時(shí)效處理。時(shí)效結(jié)束后進(jìn) 行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
[0015]實(shí)施案例2:
試樣采用120°C保溫12h預(yù)時(shí)效處理，然后200°C保溫IOmin回歸處理，最后120保溫24h再時(shí)效處理。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
[0016]實(shí)施案例3:
試樣采用120°C保溫23h預(yù)時(shí)效處理，然后200°C保溫IOmin回歸處理，最后120保溫24h再時(shí)效處理。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
[0017]對(duì)比案例1:
試樣采用120°C保溫24h的T6峰值時(shí)效處理。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
[0018]對(duì)比案例2:
試樣采用120°C保溫8h，然后160°C保溫16h的T73過(guò)時(shí)效處理。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
[0019]對(duì)比案例3:
試樣采用120°C保溫24h，然后200°C保溫lOmin，最后120保溫24h的傳統(tǒng)回歸再時(shí)效。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行拉伸測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示；進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，剝落腐蝕等級(jí)評(píng)定如圖3所示；進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，晶間腐蝕深度及等級(jí)如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時(shí)效熱處理工藝，其特征在于:回歸再時(shí)效熱處理分為預(yù)時(shí)效、回歸處理和再時(shí)效三個(gè)部分，其中預(yù)時(shí)效部分為不充分時(shí)效處理，即未達(dá)到T6峰值時(shí)效處理水平。
2.如權(quán)利要求1所述的噴射態(tài)Al-Zn-Mg-Cu系合金，其特征在于:制備工藝為噴射成形工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的不充分時(shí)效處理，其特征在于:時(shí)效溫度為120°C，保溫時(shí)間為l-23h。
4.如權(quán)利要求1所述的回歸處理，其特征在于:溫度為200°C，保溫時(shí)間為lOmin。
5.如權(quán)利要求1所述的再時(shí)效，其特征在于:時(shí)效工藝為T6峰值時(shí)效處理，其溫度為120°C，保溫時(shí)間為24h 。
【文檔編號(hào)】C22F1/053GK103498118SQ201310428612
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】蘇睿明, 曲迎東, 李榮德, 解騏鳴, 楊清, 尤俊華 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)